專利名稱：瓦斯突出短臨預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種預(yù)警方法，特別是一種礦井瓦斯突出短臨預(yù)警方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)觀念常把煤礦瓦斯爆炸等礦難全部歸為煤礦內(nèi)部人為管理不善所致，而忽視了瓦斯爆炸事故是在瓦斯突出之后受到礦內(nèi)人為因素誘發(fā)所致。顯然，瓦斯突出是瓦斯爆炸的先決條件。礦井區(qū)域的瓦斯的成因與突出為自然屬性，與地質(zhì)活動(dòng)異常關(guān)系密切，甚至可以認(rèn)為是地質(zhì)異常的必然產(chǎn)物。
我國是貧油國，本世紀(jì)內(nèi)燃料消耗仍以煤炭為主，約占燃料結(jié)構(gòu)的70％。我國約有50％的煤礦屬于高瓦斯礦，瓦斯事故已占到煤礦事故總數(shù)的80％以上，造成的傷亡占到特大事故傷亡人數(shù)的九成．我國煤炭開采死亡率約是美國的200倍(2002年)。因此，預(yù)測煤礦瓦斯突出的時(shí)間和發(fā)生概率對(duì)防止瓦斯爆炸減少煤礦事故具有重大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。
而目前，尚沒有對(duì)特定地區(qū)的礦井的瓦斯突出作科學(xué)的短臨預(yù)警的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種瓦斯突出短臨預(yù)警方法，該方法可以對(duì)特定地區(qū)的礦井的瓦斯是否突出作出判斷，并及時(shí)地作出預(yù)警信息。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種瓦斯突出預(yù)警方法，其按照以下的步驟實(shí)現(xiàn)步驟一接收氣象衛(wèi)星的熱紅外圖像，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，使該圖像顯示出各個(gè)區(qū)域的溫度場分布狀況；步驟二選擇特定的礦井所在的區(qū)域，觀察所述的圖像顯示的所述的區(qū)域內(nèi)的溫度信息，找出溫度異常狀況，如果該區(qū)域溫度異常，則從所述的圖像中通過觀測判斷，該區(qū)域的溫度是否超過周圍區(qū)域的溫度的數(shù)值在3-8攝氏度的范圍內(nèi)；如果否，則步驟終止，如果是，持續(xù)的觀測該地區(qū)的溫度異常狀況，并進(jìn)一步確定該狀況持續(xù)的時(shí)間是否在3天以上，如果否，則步驟終止，如果是，則繼續(xù)進(jìn)入下一個(gè)步驟；
步驟三通過觀測所述紅外圖像，確定步驟二中所述的溫度異常的區(qū)域的面積是否在一萬平方公里以上，如果否，則步驟終止，如果是，則能夠得出該區(qū)域的礦井瓦斯突出的結(jié)論。
其中，所述步驟三之后增加步驟四，該步驟的內(nèi)容是檢索所述礦井所在的區(qū)域發(fā)生的，在至本檢索之日起4個(gè)月之前的地震信息和礦井前兆性事故信息。
按照本發(fā)明提供的瓦斯突出預(yù)警方法，可以取得如下有益效果地球化學(xué)研究成果表明，地球深部的氣體隨地殼運(yùn)動(dòng)(活動(dòng))不斷擴(kuò)散到地球表面．這些氣體在地球物理化學(xué)作用下，如太陽輻射，與地磁、地電場交互作用使其產(chǎn)生能級(jí)躍遷釋放能量；加上地質(zhì)活動(dòng)本身巖層摩擦產(chǎn)生的紅外輻射，常常伴隨某區(qū)域地表溫度出現(xiàn)增溫異常變化。反之，地表溫度異常變化及其變化程度也反映地質(zhì)構(gòu)造內(nèi)部的變化及其變化程度。本發(fā)明在預(yù)警方法中利用了這一自然規(guī)律。
采用本發(fā)明的瓦斯突出短臨預(yù)警方法，可以對(duì)某一個(gè)具體地區(qū)的礦井的瓦斯是否突出作出判斷結(jié)論，提示有關(guān)人員采取防范措施，以避免由于瓦斯突出而進(jìn)一步帶來的瓦斯爆炸事故。
具體實(shí)施例方式
瓦斯氣體主要由CH4、CO、CO2、SO2、H2S、N(1-2)O組成。瓦斯和空氣的比重為0.6.5-15％瓦斯?jié)舛?，在遇到明火、高溫、硬物碰撞、摩擦火花、電火花或靜電場放電都可能引發(fā)爆炸，爆炸后產(chǎn)生大量的CO有害氣體可使人窒息。當(dāng)瓦斯?jié)舛雀哂?5％時(shí)可發(fā)生燃燒事故。地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)和采礦學(xué)認(rèn)為，煤礦內(nèi)瓦斯的來源來自兩個(gè)方面，一是煤層內(nèi)含有大量的存留瓦斯和被煤炭吸附的瓦斯氣體；二是源于煤層下面地球深部的氣體。煤層開采越深，地層壓力越大，隨著煤礦深層開采程度，地下原始應(yīng)力平衡狀態(tài)也不斷被打破。為達(dá)到新的力學(xué)平衡，應(yīng)力調(diào)整過程中地殼常伴隨巖層或者煤層的蠕變、裂隙，并發(fā)生微小程度的地震，致使煤礦的采礦巷道內(nèi)的瓦斯突出的強(qiáng)度和頻率隨之增大，瓦斯突出的速率也大大加快。
例如，2004年10月20日中國鄭州大平煤礦瓦斯爆炸之前巷道內(nèi)的瓦斯?jié)舛葍H在2分27秒內(nèi)由1.49％驟升到42％以上。上述情況說明瓦斯突出的肇因來自地質(zhì)自然條件。
中國礦井瓦斯爆炸事故嚴(yán)重，雖然人為因素和技術(shù)落后等是造成瓦斯爆炸的原因，但是，瓦斯突出預(yù)警技術(shù)薄弱也是制約我國煤礦安全的瓶頸。
本發(fā)明主要是在利用對(duì)氣象衛(wèi)星紅外圖像分析，還進(jìn)一步利用對(duì)地震活動(dòng)性觀測地質(zhì)、地震前兆等信息的收集，發(fā)現(xiàn)煤礦瓦斯爆炸事故與觀測到的地表溫度異常及地質(zhì)地震活動(dòng)性存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)煤礦瓦斯突出進(jìn)行預(yù)警。
下面詳述本發(fā)明，瓦斯突出短臨預(yù)警方法按照以下步驟進(jìn)行步驟一接收氣象衛(wèi)星的熱紅外圖像，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，使該圖像顯示出各個(gè)區(qū)域的溫度場分布狀況；接收設(shè)備可以使用北京大華無線電儀器設(shè)備集團(tuán)公司生產(chǎn)的大氣物理探測系統(tǒng)設(shè)備，分別接收中國風(fēng)云2號(hào)靜止氣象衛(wèi)星和美國GOES-9靜止氣象衛(wèi)星圖像，通過接收天線和接收機(jī)下載數(shù)據(jù)，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理該數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為紅外圖像；紅外圖像的溫度分辨率為0.5度，空間分辨率分別為5公里和8公里；在該紅外圖像中可顯示任一點(diǎn)的絕對(duì)溫度數(shù)值，并可計(jì)算任兩點(diǎn)之間的直線距離、任意一個(gè)區(qū)域的面積大小以及任意一點(diǎn)的經(jīng)、緯度值；衛(wèi)星圖像處理系統(tǒng)內(nèi)反映溫度場分布的調(diào)色表可隨不同緯度的氣溫特征和季節(jié)變化需要進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置，以便增強(qiáng)圖像溫度場分布的識(shí)別能力；步驟二選擇特定的礦井所在的區(qū)域，觀察圖像顯示的這些區(qū)域內(nèi)的溫度信息，找出溫度異常狀況，如果該區(qū)域溫度異常，則具體從圖像中通過觀測判斷，該區(qū)域的溫度是否超過周圍區(qū)域的溫度的數(shù)值在3-8攝氏度的范圍內(nèi)；如果否，放棄繼續(xù)觀測，如果是，持續(xù)的觀測該地區(qū)的溫度異常狀況，并進(jìn)一步確定該狀況持續(xù)的時(shí)間是否在3天以上，如果否，則放棄繼續(xù)觀測，如果是，則繼續(xù)進(jìn)入下一個(gè)步驟；以上特定礦井所在區(qū)域的選擇，可以根據(jù)國家提供的煤礦、銅礦等礦山地理分布圖來具體的選擇，或者根據(jù)某個(gè)礦山的監(jiān)控需要來具體確定，將上述礦山的具體地理位置與熱紅外圖像相對(duì)應(yīng)后進(jìn)行觀測。
步驟三通過觀測所述紅外圖像，確定步驟二中所述的溫度異常的區(qū)域的面積是否在一萬平方公里以上，如果否，則步驟終止，如果是，則能夠得出該區(qū)域瓦斯突出的結(jié)論。
另外，一個(gè)區(qū)域內(nèi)的微小地震活動(dòng)直接反映該地區(qū)的地質(zhì)活動(dòng)頻度和烈度。這些地震活動(dòng)可證明該區(qū)域的巖層和斷裂帶發(fā)生破裂，這意味著巖層的裂隙加大，有利于瓦斯等地球深部的氣體向地表遷移，甚至形成瓦斯快速通道。實(shí)踐證明，諸多瓦斯爆炸事故發(fā)生前都曾發(fā)生微小地震，人們把它稱為礦震。因此，及時(shí)從地震部門取得或從互聯(lián)網(wǎng)上檢索所觀測區(qū)域的微小地震數(shù)據(jù)，如發(fā)震時(shí)間、震級(jí)、震中地理位置(經(jīng)緯度值)和震源體深度等信息，分析微小地震的活動(dòng)性，如震中分布、震級(jí)變化幅度、震級(jí)強(qiáng)度趨勢、震源深度以及地質(zhì)構(gòu)造、斷層活躍程度和煤層結(jié)構(gòu)分布等信息即可判斷該區(qū)域近期是否存在發(fā)生煤礦瓦斯突出的輔助性因素。所以，根據(jù)礦井瓦斯突出與地震活動(dòng)因素相關(guān)，如果，被監(jiān)測的礦井區(qū)域符合了上述步驟中的條件而被作出瓦斯爆炸的預(yù)警結(jié)論的時(shí)候，同時(shí)，對(duì)該地區(qū)的近期地震信息進(jìn)行收集和檢索，例如3個(gè)月內(nèi)的信息，當(dāng)該地區(qū)近期確實(shí)發(fā)生過地震時(shí)，可以進(jìn)一步提高預(yù)警結(jié)論的準(zhǔn)確性。因此對(duì)被監(jiān)測地區(qū)及其周邊的0-4級(jí)之間的微小地震進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，可提高對(duì)該區(qū)域是否存在瓦斯突出預(yù)警結(jié)論的準(zhǔn)確性。
礦井前兆性事故也可作為重大瓦斯突出預(yù)警的參考因素。所謂礦井前兆性事故，是指礦井瓦斯突出之前，該礦井或近鄰礦井地區(qū)發(fā)生的煤礦事故，如瓦斯窒息、頂板事故、冒頂事故或透水事故等。盡管這些事故不排除人為因素，但是由于這些事故的突發(fā)性和攜帶自然屬性，可以說明該礦井地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)入變動(dòng)狀態(tài)，在事故后期容易產(chǎn)生瓦斯突出的發(fā)生，又因其發(fā)生之后，很可能接踵而來的是重大或者特大瓦斯爆炸事故，故將其稱為礦井前兆性事故。
在對(duì)特定礦井地區(qū)進(jìn)行觀測的時(shí)候，通常溫度異常區(qū)域的地理位置和異常面積是隨時(shí)間變化的。在做上述分析時(shí)，溫度異常區(qū)域在被觀測區(qū)域內(nèi)或附近可能做少量遷移，遷移距離，即溫度異常區(qū)域中心點(diǎn)與被觀測區(qū)域中心點(diǎn)的直線距離在200公里以內(nèi)，一般可視同該區(qū)域溫度異常位置不變。
對(duì)于某個(gè)特定的礦井所在的區(qū)域進(jìn)行連續(xù)觀測時(shí)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)該區(qū)域地表出現(xiàn)溫度異?，F(xiàn)象，即該區(qū)域的溫度高出周圍地區(qū)溫度的數(shù)值在3攝氏度以上，一般情況下是在3-8攝氏度的范圍內(nèi)；該現(xiàn)象持續(xù)的時(shí)間在3天以上，一般持續(xù)的時(shí)間在3-5天內(nèi)；該溫度異常的區(qū)域的面積在1萬平方公里，通常為幾萬平方公里(該區(qū)域在熱紅外圖像中，一般呈不規(guī)則形狀)，此時(shí)即可作出該區(qū)域礦井的瓦斯突出預(yù)警信息。另外，該溫度異?，F(xiàn)象連續(xù)出現(xiàn)的時(shí)間越長、溫度異常的數(shù)值越高、溫度異常區(qū)域的面積越大、被觀測區(qū)域微小地震越活躍，同時(shí)，該礦井近期已發(fā)生礦區(qū)前兆性事故，則該礦井會(huì)發(fā)生瓦斯突出的幾率越高，即發(fā)生瓦斯爆炸事故的幾率越大。
本發(fā)明是利用氣象衛(wèi)星紅外圖像觀測地球表面(水面)溫度異常，可以進(jìn)一步結(jié)合對(duì)所觀測地區(qū)的微小地震活動(dòng)性和礦井所在地區(qū)的前兆性事故信息的檢索，來作出該地區(qū)礦井的瓦斯是否突出的預(yù)警方法。通過本方法可對(duì)具體某一地區(qū)的礦井在20日內(nèi)是否可能發(fā)生煤礦瓦斯突出做出預(yù)警信息。
下面列舉實(shí)例說明利用本發(fā)明-瓦斯突出短臨預(yù)警方法，對(duì)特定地區(qū)的礦井進(jìn)行瓦斯突出預(yù)警的過程。
2005年1月1日，根據(jù)美國GOES-9氣象衛(wèi)星熱紅外云圖，北京時(shí)間下午14時(shí)觀測到我國遼寧西部出現(xiàn)溫度異常增溫現(xiàn)象。經(jīng)觀測，該增溫區(qū)位于阜新市及其以西區(qū)域，增溫區(qū)形態(tài)呈南北向近似矩形分布，該增溫區(qū)域的面積為2.25萬平方公里，相對(duì)周邊地區(qū)增溫幅度為4攝氏度。2005年1月2日北京時(shí)間10時(shí)至16時(shí)，根據(jù)衛(wèi)星云圖觀測到阜新市及其以下地帶出現(xiàn)增溫區(qū)。增溫區(qū)呈南部向橢圓形分布，增溫區(qū)域的覆蓋面積約7萬平方公里，相對(duì)周邊地區(qū)增溫幅度4攝氏度。2005年1月3日北京時(shí)間10時(shí)至16時(shí)，根據(jù)衛(wèi)星云圖觀測到阜新市及其以西地帶出現(xiàn)增溫區(qū)，該增溫區(qū)近似圓形，增溫覆蓋面積約1.2萬平方公里，相對(duì)周邊地區(qū)增溫幅度5攝氏度。2005年1月7日北京時(shí)間10時(shí)至18時(shí)，根據(jù)衛(wèi)星云圖觀測到阜新市及其西南地帶出現(xiàn)增溫區(qū)，該增溫區(qū)沿北東地質(zhì)構(gòu)造帶方向分布，增溫覆蓋面積2.5萬平方公里，相對(duì)周邊地區(qū)增溫幅度3攝氏度。2005年1月13日北京時(shí)間10時(shí)至12時(shí)，根據(jù)衛(wèi)星紅外云圖觀測到阜新市及其西南地帶出現(xiàn)不規(guī)則圖形增溫區(qū)，增溫覆蓋面積3萬平方公里，相對(duì)周邊地區(qū)增溫幅度4攝氏度。
在分析阜新市及其周邊溫度場異?，F(xiàn)象的同時(shí)，還對(duì)阜新市及其周邊的微小地震活動(dòng)進(jìn)行了跟蹤觀測分析和信息檢索，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域2004年11月和12月份每個(gè)月僅發(fā)生兩次2-3級(jí)地震。而進(jìn)入2005年1月份以后地震活動(dòng)頻度急劇增加，該區(qū)域連續(xù)發(fā)生微小地震8次，其中1月13日前發(fā)生5次2.6-3.0級(jí)地震。
通過互聯(lián)網(wǎng)檢索發(fā)現(xiàn)，2004年11月28日，遼寧省阜新市一煤礦發(fā)生煤礦透水事故，造成4名礦工遇難。根據(jù)本發(fā)明提出的方法，可將阜新這次礦難視為該礦區(qū)前兆性事故，作為瓦斯突出預(yù)警的參考因素。
根據(jù)上述觀測到的溫度異常信息，作出了阜新市礦井瓦斯突出的預(yù)警結(jié)論信息，另外，綜合2004年11月28日阜新市煤礦前兆性事故以及阜新市及其周邊地帶微小地震活動(dòng)性，可以進(jìn)一步肯定該瓦斯突出的預(yù)警結(jié)論的準(zhǔn)確性。在該預(yù)警信息作出后，2005年2月14日阜新市煤礦發(fā)生特大瓦斯爆炸事故。
權(quán)利要求
1.一種瓦斯突出短臨預(yù)警方法，其特征是，該方法按照以下的步驟實(shí)現(xiàn)步驟一接收氣象衛(wèi)星的熱紅外圖像，并利用計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行處理，使該圖像顯示出各個(gè)區(qū)域的溫度場分布狀況；步驟二選擇特定的礦井所在的區(qū)域，觀察所述的圖像顯示的所述的區(qū)域內(nèi)的溫度信息，找出溫度異常狀況，如果該區(qū)域溫度異常，則從所述的圖像中通過觀測判斷，該區(qū)域的溫度是否超過周圍區(qū)域的溫度的數(shù)值在3-8攝氏度的范圍內(nèi)；如果否，則步驟終止，如果是，持續(xù)的觀測該地區(qū)的溫度異常狀況，并進(jìn)一步確定該狀況持續(xù)的時(shí)間是否在3天以上，如果否，則步驟終止，如果是，則繼續(xù)進(jìn)入下一個(gè)步驟；步驟三通過觀測所述紅外圖像，確定步驟二中所述的溫度異常的區(qū)域的面積是否在一萬平方公里以上，如果否，則步驟終止，如果是，則能夠得出該區(qū)域的礦井瓦斯在近期突出的結(jié)論。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的瓦斯突出預(yù)警方法，其特征是，所述步驟三之后增加步驟四，該步驟的內(nèi)容是檢索所述礦井所在的區(qū)域發(fā)生的，在至本檢索之日起4個(gè)月之前的地震信息和礦井前兆性事故信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種瓦斯突出短臨預(yù)警方法，地球化學(xué)研究成果表明，地球深部的氣體隨地殼運(yùn)動(dòng)(活動(dòng))不斷擴(kuò)散到地球表面；這些氣體在地球物理化學(xué)作用下，如太陽輻射，與地磁、地電場交互作用使其產(chǎn)生能級(jí)躍遷釋放能量；加上地質(zhì)活動(dòng)本身巖層摩擦產(chǎn)生的紅外輻射，常常伴隨某區(qū)域地表溫度出現(xiàn)增溫異常變化。反之，地表溫度異常變化及其變化程度也反映地質(zhì)構(gòu)造內(nèi)部的變化及其變化程度。本發(fā)明在預(yù)警方法中利用了這一自然規(guī)律。采用本發(fā)明的瓦斯突出短臨預(yù)警方法，可以對(duì)某一個(gè)具體地區(qū)的礦井的瓦斯是否突出作出判斷結(jié)論，提示有關(guān)人員采取防范措施，以避免由于瓦斯突出而進(jìn)一步帶來的瓦斯爆炸事故。
文檔編號(hào)G01N33/00GK1854725SQ20051006655
公開日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者宋期, 趙根亮 申請(qǐng)人:宋期, 趙根亮